Application of microbial proteases to obtain egg-yolk protein hydrolysates with antioxidant and antimicrobial activity

• Autorzy: Eckert E. , Zambrowicz A. , Pokora M. , Dabrowska A. , Szoltysik M. , Chrzanowska J. , Trziszka T.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie proteaz pochodzenia mikrobiologicznego do otrzymania hydrolizatów o aktywności przeciwutleniającej i przeciwdrobnoustrojowej z białek żółtka jaja

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Natural antioxidants with high safety and long-term effect are subject of many studies because they are an alternative to chemical antioxidants which, in larger quantities, can be toxic. One type of natural antioxidants may be food- derived peptides. The aim of this study was to obtain antioxidant and antimicrobial peptides from egg yolk phosvitin and immunoglobulin Y (IgY) with participation of microbial proteinases from Bacillus amyloliquefaciens (neutrase), B. thermoproteolyticus Rokko (thermolysin), Streptomyces griseus (pronase) and Aspergillus melleus. The progress of hydrolysis was monitored by the degree of hydrolysis (DH) and free amino groups concentration measurement. The resulting hydrolysates were subjected to an assessment of their ability to reduce the oxidation state of metal ions, scavenging of 2,2-di(4-tert-octylphenyl)-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radicals and chelating iron ions. The highest degree of hydrolysis of both proteins was obtained during the reaction with proteinase from S. griseus. The highest level of reduction in the oxidation state of iron ions was observed in IgY 24-hour hydrolysates obtained with the participation of enzyme from B. thermoproteolyticus Rokko (409.7 μg Fe²+/mg). However, the 24-hour hydrolysates of IgY obtained after degradation with the proteinase from A. melleus, possessed the highest free radical scavenging activity equal to1.46 μM trolox/mg. The highest activity of chelating iron ions, equal to 891.64 μg Fe²+/mg, was observed for products obtained during the 24-hour hydrolysis of phosvitin with the participation of protease from B. thermoproteolyticus Rokko.

PL

Przeciwutleniacze naturalne są obiektem wielu badań ze względu na długotrwałą efektywność i bezpieczeństwo stosowania. Mogą one stanowić alternatywę syntetycznych przeciwutleniaczy, które są toksyczne dla organizmu. Do naturalnych przeciwutleniaczy zalicza się m.in. peptydy pochodzące z białek żywnościowych. Celem pracy było otrzymanie peptydów o aktywności przeciwutleniającej i przeciwdrobnoustrojowej z foswityny i immunoglobuliny Y z wykorzystaniem enzymów proteolitycznych pochodzenia mikrobiologicznego, takich jak: proteaza z Bacillus amyloliquefaciens (neutraza), proteaza z B. thermoproteolyticus Rokko (termolizyna), proteaza ze Streptomyces griseus (pronaza) i proteaza z Aspergillus melleus. Postęp hydrolizy monitorowano przez oznaczenie stopnia hydrolizy (DH) i stężenia wolnych grup aminowych. Aktywność przeciwutleniającą otrzymanych hydrolizatów oznaczano jako zdolność do: redukcji stopnia utlenienia jonów żelaza, wygaszania wolnych rodników 2,2 difenylo-1-pikrylhydrazylowych i chelatowania jonów żelaza(II). Zarówno foswityna, jak i IgY wykazały najwyższą podatność na działanie proteazy ze S. griseus (pronazy). Hydrolizat IgY otrzymany w wyniku 24-godzinnej reakcji z proteazą z B. thermoproteolyticus Rokko (neutrazą) charakteryzował się największą zdolnością redukującą (409,7 μg Fe²+/mg). Natomiast najwyższy poziom zdolności wygaszania wolnych rodników DPPH, wynoszący: 1,46 μM trolox/mg uzyskano dla 24-godzinnego hydrolizatu IgY otrzymanego z udziałem proteazy z A. melleus. Największą zdolność do chelatowania jonów żelaza(II) wykazał hydrolizat uzyskany w wyniku 24-godzinnego działania proteazy z B. thermoproteolyticus Rokko na foswitynę (891,64 μg Fe²+/mg).

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2013
• Tom: 20
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.105-118,fig.,ref.

Twórcy

autor

Eckert E.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Zambrowicz A.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Pokora M.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Dabrowska A.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Szoltysik M.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Chrzanowska J.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

autor

Trziszka T.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, C.K.Norwida 25/27, 50-375 Wroclaw, Poland

Bibliografia

• [1] Benzie I.F.F., Strain J.J.: The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “Antioxidant Power”: the FRAP assay. Anal. Biochem., 1996, 293, 70-76.
• [2] Choi I., Jung C., Choi H., Kim C., Ha H.: Effectiveness of phosvitin peptides on enhancing bioavailability of calcium and its accumulation in bones. Food Chem., 2005, 93, 577-583.
• [3] Ehling-Schulz M., Fricker M., Scherer S.: Bacillus cereus, the causative agent of an emetic type of food-borne illness. Mol. Nutr. Food Res., 2004, 48 (7), 479-87.
• [4] Graszkiewicz A., Żelazko M., Trziszka T., Polanowski A.: Antioxidative activity of hydrolysates of hen egg proteins. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2007, 57, 195-199.
• [5] Hartman R. Miesel H.: Food-derived peptides with biological activity: from research to food applications. Curr. Opin. Biotechnol., 2007, 18, 163-169.
• [6] Hatta H., Tsuda K., Akachi S., Kim M., Yamamoto T.: Productivity and some properties of egg yolk antibody (IgY) against human rotavirus compared with rabbit IgG. Biosci. Biotechnol. Biochem., 1993, 57 (3), 450-4.
• [7] Ishikawa S., Asano T., Takenoshita S., Nozawa Y., Arihara K., Itoh M.: Egg yolk proteins suppress azoxymethane-induced aberrant crypt foci formation and cell proliferation in the colon of rats. Nutr. Res., 2009, 29 (1), 64-9.
• [8] Kakade M.L., Swenson D.H., Liener I.E.: Note on the determination of chymotrypsin and chymotrypsin inhibitor activity using casein. Anal. Biochem., 1970, 33, 255-258.
• [9] Katayama S., Ishikawa S., Fan M.Z., Mine Y.: Oligophosphopeptides derived from egg yolk phosvitin up-regulate gamma-glutamylcysteine synthetase and antioxidant enzymes against oxidative stress in Caco-2 cells. J. Agr. Food Chem., 2007, 55 (28), 29-35.
• [10] Kong B.H., Xiong Y.L.: Antioxidant activity of zein hydrolysates in a liposome system and the possible mode of action. J. Agr. Food Chem., 2006, 54, 6059-6068.
• [11] Kuchroo C.N., Rahilly J., Fox P.F.: Assessment of proteolysis in cheese by reaction with trinitrobenzenesulphonic acid. Ir. J. Food Sci. Tech., 1983, 7, 129-133.
• [12] Kusano M., Yasukawa K., Inouye K.: Synthesis of N-carbobenzoxy-l-aspartyl-l-phenylalanine methyl ester catalyzed by thermolysin variants with improved activity. Enzyme Microb. Tech., 2010, 46, 320-325.
• [13] Liu H. X., Zheng F., Cao Q., Ren B., Zhu L., Striker G., Vlassara H.: Amelioration of oxidant stress by the defensing lysozyme. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metabol., 2006, 290, E824-E832.
• [14] Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randal R.J.: Protein measurement with the Folin-phenol reagent. J. Biol. Chem., 1951, 193, 265-275.
• [15] Namoto M., Narahashi Y., Murakami M.: A proteolytic enzyme of Streptomyces griseus. Substrate specificity of Streptomyces griseus protease. J. Biochem., 1960, 48 (6).
• [16] Park P.J., Jung W.K., Nam K.S., Shahidi F., Kim S.K.: Purification and characterization of antioxidative peptides from protein hydrolysate of lecithin-free egg yolk. JAOCS, 2001, 78 (6), 651-656.
• [17] Pellegrini A., Hulsmeier A.J., Hunziker P., Thomas U.: Proteolytic fragments of ovalbumin display antimicrobial activity. Biochim. Biophys. Acta Biomembr., 2004, 1672, 76-85.
• [18] Sakanaka S., Tachibana Y., Ishihara N., Juneja L.R.: Antioxidant activity of egg-yolk protein hydrolysates in a linoleic acid oxidation system. Food Chem., 2004, 86, 99-103.
• [19] Sakanaka S., Tachibana Y.: Active oxygen scavenging activity of egg-yolk protein hydrolysates and their effects on lipid oxidation in beef and tuna homogenates. Food Chem., 2006, 95, 243-249.
• [20] Sarmadia B.H., Ismail A.: Antioxidative peptides from food proteins: A review. Peptides, 2010, 31, 1949-1956.
• [21] Siepka E., Bobak Ł., Trziszka T.: Frakcjonowanie żółtka w celu pozyskiwania preparatów wzbogaconych w substancje biologicznie aktywne. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2010, 6 (73), 158-167 (in Polish).
• [22] Silvestre M.P.C.: Review of methods for the analysis of protein hydrolysates. Food Chem., 1997, 60, 263-271.
• [23] Sumantha A., Larroche C., Pandey A.: Microbiology and industrial biotechnology of food-grade proteases: a perspective. Food Tech. Biotechnol., 2006, 44 (2), 211-220.
• [24] Trziszka T. (red.): Jajczarstwo. Wydawnictwo Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wrocław 2000 (in Polish).
• [25] Tsou M., Lin W., Lu H., Tsui Y., Chiang W.: The effect of limited hydrolysis with Neutrase and ultrafiltration on the anti-adipogenic activity of soy protein. Process Biochem., 2010, 45, 217-222.
• [26] Węsierska E., Saleh Y., Trziszka T., Kopeć W., Siewiński M., Korzekwa K.: Antimicrobial activity of chicken egg white cystatin. World J. Microbiol. Biotechnol., 2005, 21, 59-64.
• [27] Xu X., Katayama S., Mine Y.: Antioxidant activity of tryptic digest of hen egg yolk phosvitin. J. Sci. Food. Agric., 2007, 87, 2604-2608.
• [28] Xu Y., Li X., Jin L., Zhen Y., Lu Y., Li S., You J., Wang L.: Application of chicken egg yolk immunoglobulins in the control of terrestrial and aquatic animal diseases: A review. Biotechnol. Adv., 2011, 29, 860-868.
• [29] Yen G.C., Chen H.Y.: Antioxidant activity of various tea extracts in relation to their antimutagencity. J. Agric. Food Chem., 1995, 43, 27-32.
• [30] Zambrowicz A., Trziszka T.: Aktywność przeciwutleniająca enzymatycznych hydrolizatów preparatu foswitynowego otrzymanego z jaj kurzych. ASP Biotech., 2010, 9 (3), 27-36 (in Polish).